[发明专利]多层光谱调制光谱仪

说明书

一种系统包括第一光谱调制器、第二光谱调制器、光导、光电探测器和电子控制设备。第一光谱调制器接收样本光，并根据第一光谱响应图案调制样本光以产生第一调制光。第二光谱调制器经由光导接收来自第一光谱调制器的第一调制光，根据第二光谱响应图案调制第一调制光以产生第二调制光，并将第二调制光透射到光电探测器。光电探测器测量入射到光电探测器上的第二调制光的强度，并生成与第二调制光的强度对应的一个或多个信号。电子控制设备基于该一个或多个信号确定样本光的光谱分布。

技术领域

本公开涉及光谱仪。

背景技术

光谱仪是一种用于测量样本光光谱的仪器(例如，用于确定紫外光、可见光和/或红外光的谱成分)。在某些情况下，光谱仪可以根据波长或频率来确定光的强度。

光谱仪可以用于各种不同的应用。例如，光谱仪可以用于进行环境分析、工业监控、颜色测量和药理学研究。

光谱可以用不同的方法测量，诸如通过直接测量或间接测量。作为一种示例，被配置用于直接测量的光谱仪可以在空间上分离不同波长的光(例如，使用波长色散设备，诸如衍射光栅或棱镜)，并且单独测量每个波长的光的功率分布(例如，相对于特定波长“直接”测量光谱)。

作为另一个示例，被配置用于间接测量的光谱仪可以根据一系列已知的光谱调制图案调制光，并获得调制光的测量值。每个测量值提供由多个波长和根据不同权重携带的信息，并且可以用于重建原始光的光谱(例如，使用多路复用技术)。

发明内容

本公开描述了多层光谱调制光谱仪的实施方式。在示例实施方式中，光谱仪包括经由光导光学耦合的两个光谱调制器。光谱仪接收样本光，根据第一已知光谱响应图案(例如，根据第一传递函数)使用第一光谱调制器调制样本光，并根据第二已知光谱响应图案(例如，根据第二传递函数)使用第二光谱调制器调制得到的光。使用一个或多个光电探测器测量两次调制的光。获得几个附加的测量值(例如，通过使用光谱响应图案的不同组合来调制光)，以及用于重建原始光的光谱的测量值(例如，使用多路复用技术)。

在某些情况下，该光谱仪的实施方式可以提供各种好处。例如，使用直接测量技术测量光谱的光谱仪通常需要一个或多个波长色散设备(例如，衍射光栅或棱镜)以在空间上分离光的波长。然而，这种设备通常相对较大。相反，在本公开中描述的多层光谱调制光谱仪的实施方式不需要使用波长色散设备，因此可以更容易地小型化。在某些情况下，光谱仪可以足够小，使得其可以用于便携式或移动设备(例如，智能电话、平板电脑、手持仪器或其他这样的设备)。

作为另一个示例，使用间接测量技术(例如，使用单层光谱调制器)测量光谱的光谱仪通常需要大量不同的光谱调制器(例如，大量不同的滤光器)。相反，在本公开中描述的多层光谱调制光谱仪的实施方式可以使用更少数量的光谱调制器来构建，同时仍然提供相似或改进的分析性能。因此，多层光谱调制光谱仪可以使用更便宜的方式、使用更少的组件和/或使用不太复杂的制造过程来构建。

作为另一个示例，多层光谱调制光谱仪的实施方式可以在不使用复杂光学器件的情况下构建。因此，光谱仪可以以更具成本效益的方式生产。

在一个方面，一种系统包括第一光谱调制器、第二光谱调制器、光学耦合第一光谱调制器和第二光谱调制器的光导、光电探测器和通信耦合到光电探测器的电子控制设备。第一光谱调制器可操作用于接收样本光，并根据第一光谱响应图案调制样本光以产生第一调制光。第二光谱调制器可操作用于经由光导接收来自第一光谱调制器的第一调制光，根据第二光谱响应图案调制第一调制光以产生第二调制光，并将第二调制光透射到光电探测器。光电探测器可操作用于测量入射到光电探测器上的第二调制光的强度，并生成与第二调制光的强度对应的一个或多个信号。电子控制设备可操作用于基于一个或多个信号确定样本光的光谱分布。

该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。